CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS DE UN ALTERNADOR

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Inductor

El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la energía mecánica mediante el giro. En dicho elemento se encuentran distribuidos un número de pares de polos fijos, bien formados por imanes permanentes como en la figura o bien por electroimanes alimentados con corriente continua. En el caso de electroimanes la corriente continua puede proceder de:
Una fuente externa de corriente continua, como una batería. Técnica empleada en los primeros aparatos pero hoy totalmente desechada.

Un generador de corriente continua conectada al mismo eje de la máquina. Tecnología que tampoco se aplica en la actualidad.
La propia corriente alterna generada por la máquina, rectificada para obtener corriente continua. Esta es la técnica habitualmente empleada, siendo denominados estos dispositivos como alternadores autoexcitados.

Para hacer llegar la corriente a los electroimanes del inducido, en el caso de que no esté formado por imanes permanentes, es necesario un elemento que haga pasar la corriente al eje en rotación. Este elemento es el anillo rozante, un anillo conectado eléctricamente a cada uno de los terminales del bobinado de los imanes y situado sobre el eje del rotor, coaxial con este, sobre el que desliza una escobilla

conductora conectada eléctricamente con el terminal de alimentación correspondiente al inductor.

Inducido
En el inducido se encuentran una serie de pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por bobinado en torno a un núcleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente hierro dulce.
La rotación del inductor hace que su campo magnético, formado por imanes fijos, se haga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en él una corriente alterna que se recoge en los terminales de la máquina.

GERADOR DE CORRIENTE ALTERNA O ALTERNADOR

Un alternador es una máquina eléctrica capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.
Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.

Los elementos de un alternador elemental son el iman que crea el campo magnetico denominado inductor, la espira movil, grasias al consumo de energia mecanica, en la que parece la carriente inducida y que por ello recibe el nombre de inducido,y los dos anilos colectibos con sus respectivas escobillas, al circuito exterior.

CLASIFICACION DE LOS GENERADORES ELECTRICOS

Los generadores eléctricos como dispositivos de transformación de energía se dividen en dos grupos importantes.

Por un lado, tenemos a los dispositivos de índole primario y, por el otro, los que son de origen secundario. En el primer caso, se trata de aquellos que pueden convertir en energía eléctrica toda esa energía que se corresponde con otra naturaleza que reciben o las cuales tienen ya de por sí en su constitución en primer lugar. En el segundo caso, estamos hablando de aquellos que entregan una parte de la energía que recibieron anteriormente.



Como exponente del primer caso arriba listado, es posible destacar al proceso de piezoelectricidad. Esto es un fenómeno que se puede percibir en ciertos cristales pero no en cualquier circunstancia, sino cuando éstos son sometidos a tensiones mecánicas, donde adquieren una polarización de índole eléctrica en la masa de los cristales. Lo que aparece, de esta manera, es una diferencia de potencial y de cargas eléctricas, especialmente en la superficie de los mismos. Dicho fenómeno, a su vez, puede presentarse de otra forma. Es decir, los cristales pueden deformarse como resultado de una acción de fuerzas internas, en especial cuando son expuestos a un campo eléctrico. Cabe decirse que este accionar piezoeléctrico puede ser reversible, particularmente cuando se deja de someter a los cristales al campo eléctrico o al voltaje exterior. Si se produce esto, entonces dichos cristales podrán recuperar su forma. Los materiales, además, no cuentan con un centro de simetría y el proceso de comprensión consiste en que se disocien los centros de gravedad, tanto de las cargas positivas como de las cargas negativas. También es posible hacer una división de dichos materiales: por un lado, los piezoeléctricos y, por el otro, los ferroeléctricos, que cuentan con propiedades piezoeléctricas, pero en el instante en que son sometidos al proceso de polarización al que ya nos hemos referido.


Sin embargo, este es un ejemplo de transformación de energía de categoría mecánica. Pasemos a ver un ejemplo de otro tipo de generadores eléctricos de energía primaria, que tiene relación con el cambio electromagnético. En este grupo podemos encontrar al denominado efecto fotoeléctrico.

Se trata de la emisión de electrones a través de un material, cuando a éste se lo ilumina con una radiación electromagnética, como el caso de la luz ultravioleta o de la luz visible.

En este proceso se pueden incluir otros como la fotoconductividad, que es el aumento de la conductividad eléctrica de una materia particular o de unos diodos, producto del efecto o accionar de la luz. Otro efecto es el llamado fotovoltaico, que se relaciona con la transformación (de manera parcial) de la energía luminosa en energía eléctrica.

QUE ES UN GENERADOR DE ENERGIA ELECTRICA

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.).

El generador de cd ha sido de gran importancia desde los comienzos del desarrollo comercial de la iluminación eléctrica en los tiempos de Edison y los primeros trenes eléctricos urbanos e interurbanos que hicieron uso de los avances de Sprague. Estas dos aplicaciones florecieron en los últimos 20 años del siglo xx. Desde hace mucho tiempo la corriente directa es obsoleta en la mayor parte de la iluminación comercial, mientras que el tren eléctrico urbano está casi por desaparecer. Este último parece tener algunas oportunidades de resurgir, ya que el tráfico en el centro de las ciudades se hace cada día más problemático y a la vez hay presiones crecientes por usar una energía con menos desperdicio.

El desarrollo del arranque y la iluminación eléctricos de los automóviles requirió la construcción de alrededor de 100 millones de pequeños generadores de cd en un periodo de aproximadamente 50 años. El desarrollo de este tipo de generadores se detuvo en 1965, cuando se generalizó el empleo de pequeñas unidades generadoras de ca con rectificadoras, que tenían muchas ventajas sobre sus predecesores de cd. Se ve entonces que las tendencias en los usos principales de grandes cantidades de potencia de cd han crecido y disminuido en diversas líneas de productos, aunque siempre aparecen usos alternativos.

La autoexcitación implica un proceso que se lleva a cabo dentro del generador. Este proceso comienza cuando la máquina efectúa sus rotaciones en su sentido normal a, o cerca de, su velocidad normal. Al inicio, y durante un tiempo breve, habrá un voltaje Eg que es el resultado de mover los conductores de la armadura a través del pequeño campo magnético residual que queda en el circuito magnético después de la última operación anterior. Este voltaje existirá de manera persistente si el circuito del campo se deja en circuito abierto por cualquier razón.

  

LOS MOTORES DE  C.C. SEGÚN SU TIPO  DE CONEXIÓN SE CLASIFICAN EN  TRES, LAS CUALES SON:

·         SERIE

·         PARALELO

·         COMPUESTO

·         MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar.

·         Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.

·         MOTOR COMPUESTO: es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar.

·         Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.

·         El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.

·         Esto provee una característica de velocidad que no es tan "dura" o plana como la del motor shunt, ni tan "suave" como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.

UN MOTOR COMPUESTO SE CLASIFICA TAMBIÉN EN  MOTOR COMPUESTO CORTO Y MOTOR COMPUESTO LARGO:

MOTOR COMPUESTO CORTO: Si un motor de c-d tiene campos tanto en derivación como en serie, se le conoce como motor compuesto. Si el motor se conecta de modo que el campo en serie apoye al campo en derivación, se le conoce como motor compuesto acumulativo. Si el campo en serie se conecta para oponerse al campo en derivación, entonces es un motor compuesto diferencial. Los significados de estos términos son los mismos que para los generadores de c-d. De hecho, la misma máquina se puede emplear como motor o como generador.

Igual que con los generadores, el motor compuesto actúa con una combinación de las características de los motores en serie y en derivación. Cuanto mayor es el efecto del campo en serie, tanto más las características se parecen a las de un motor en serie. Aun cuando potencialmente se puede usar el motor en cualquier región de sus características, por lo general sólo se trabaja en ciertos rangos de dicha región potencial. Es posible que a la larga se usen dispositivos, hasta ahora no desarrollados, que requieran de las cualidades especiales de los motores compuestos.

El motor compuesto largo: desarrolla un gran par para ajustarse a un incremento en el par de la carga, igual que un motor en serie. No obstante, el motor compuesto acumulativo tiene una velocidad en vacío definida y controlable, de manera que no existe el problema del “escape”. Por ello, este tipo de motor es en particular adecuado en los usos que requieran aplicaciones bruscas de cargas grandes. Algunos de esos usos son las máquinas laminadoras o las grandes troqueladoras o cortadoras. Una ventaja en particular en la aplicación súbita de cargas grandes pero de corta duración consiste en que cuando el motor disminuye su velocidad de rotación al recibir la carga, entrega parte de su energía cinética almacenada para mover la carga. Si la velocidad se mantuviese más constante, tendrían que demandarse grandes corrientes pico de la línea de alimentación debido al transitorio resultante.

Las grúas, los malacates y los elevadores utilizan motores compuestos acumulativos, ya que de esa manera pueden poner en marcha con suavidad una carga pesada sin tener un aumento excesivo de su velocidad al operar en vacío. A menudo el campo en serie se desconecta en forma automática del circuito, cuando el malacate está en su velocidad de operación.

En estado estable opera sólo el campo en derivación. Otra ventaja es la posibilidad de emplear el motor como un freno ajustable, usándolo como un generador con una carga decreciente, ya que dispone del campo en derivación.

 

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DE CC

Los  motores de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cuál establece que si un conductor por el cual circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electro imán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

PARTES QUE CONFORMAN A UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

Un motor corriente continua está compuesto de un estator y un rotor. En muchos motores c.c., generalmente los más pequeños, el estator está compuesto de imanes para crear un campo magnético.

En motores corriente continua más grandes este campo magnético se logra con devanados de excitación de campo.

El rotor es el dispositivo que gira en el centro del motor cc y está compuesto de arrollados de cable conductores de corriente continua. Esta corriente continua es suministrada al rotor por medio de las "escobillas" generalmente fabricadas de carbón.

¿ QUE ES UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA?

   El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos.

Como muchas personas nunca llegan a ver un motor de c-d, o a reconocerlo si lo ven, existe la creencia generalizada de que los motores de c-d no son importantes. Esta idea errónea se ha reforzado porque en las últimas décadas muchas máquinas herramienta han cambiado su fuente motriz de motores de c-d de velocidad variable a los tipos más recientes de motores de c-a, los cuales tienen una gran capacidad de velocidad variable. En realidad, por el contrario, la importancia de los motores a c-d ha crecido continuamente en los últimos años.

 

Todos los motores de los automóviles son de corriente directa, desde la marcha hasta los a auxiliares, incluidos los calefactores y los motores de los asientos. Hasta el automóvil más simple tiene por lo menos una marcha y un motor calefactor/desempañador. Muchos tienen asientos, ventanillas, acondicionadores y limpiaparabrisas, todos eléctricos, incluso las ventanas traseras en algunas vagonetas. La lista es grande. Es probable que haya alrededor de 300 o 400 millones de motores c-d en servicio sólo en Estados Unidos. Existe un modelo 1996 de Mercedes-Benz que tiene ¡60motores!

 

Continuamente se hacen investigaciones sobre el motor de tracción de c-d para el servio de ferrocarriles. Casi todos los trenes de los principales países industrializados son eléctricos diesel o eléctricos puros. Sólo algunos de ellos tienen motores de c-a, aunque el número de unidades de c-a está aumentando. En la actualidad, la mayor parte de ellos mueve las ruedas mediante motores de tracción de c-d. Una locomotora eléctrica moderna a lleva un motor por eje, de manera que cada sección de una locomotora diesel tendrá al menos cuatro motores de tracción. Algunas tienen seis, y a veces hasta ocho. A menudo hay cuatro o más secciones  por cada locomotora, con la multiplicación de cantidades que esto conlleva.

 

Los trenes subterráneos metropolitanos y varios otros tipos de trenes de transporte rápido llevan motores eléctricos de c-d, por lo común con dos a cuatro motores de tracción por locomotora. Aun los pocos trolebuses que quedan usan motores de   c-d.

 

Es probable que haya, extensivamente, cierto desarrollo de motores de inducción lineales de c-a con el resurgimiento de los sistemas urbanos de transpone de alta velocidad. Sin embargo, esto se contempla sólo como una fracción especializada del total de la nueva construcción. Parece inevitable que vaya a haber una significativa nueva producción de vehículos automotores particulares movidos por energía eléctrica o alguna combinación con ella en las próximas décadas. La motivación principal de esto, surgida a fines de la década de los sesenta y a principios de la de los setenta, fue la de encontrar un vehiculo no contaminante para uso urbano. A mediados de la década de los setenta, la preocupación generalizada por la carestía de combustible, que aún no llega, se sumó a la presión por obtener vehículos eléctricos, ya que el motor de c-d consume la energía en forma eficiente.

 

La energía que consumen todos estos motores proviene de diversas fuentes. En los automóviles actuales la energía se obtiene del combustible líquido que mueve al motor de gasolina rotatorio o reciprocante. El motor, aun si es un Wankel rotatorio, mueve a un generador o a un alternador que suministra energía eléctrica. Cuando el vehículo se detiene y el motor principal se apaga, la energía eléctrica se obtiene de la batería, que viene siendo un depósito de energía.

En las locomotoras, la energía de c-d por lo común proviene del generador de c-d que se mueve por el motor o motores diesel, en los que se usa combustible líquido. Los vehículos eléctricos urbanos casi siempre se alimentan con energía de c-d desde un tercer riel cercano al nivel del suelo, o bien desde un sistema de alambrado aéreo. Esta energía de c-d viene de convertidores o rectificadores en subestaciones que, a su vez, obtienen su corriente eléctrica de c-a desde plantas centrales de energía eléctrica movidas con algún combustible fósil como gas natural, aceite sin refinación relativamente pesado o carbón. Algunas, incluso, son plantas nucleoeléctricas.

Si se investiga hasta llegar al fondo, resulta que casi todos los trenes y los vehículos de transporte rápido son movidos por motores de c-d. Es entonces muy evidente que los técnicos e ingenieros modernos deben procurar entender estos tipos de motores flexibles y eficientes.